基于ANSYS的履带式D9型液压钻机履带架强度分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com、1訇化基于ANSYS的履带式D9型液压钻机履带架强度分析AnalysisofcrawlertypeD9hydraulicdrillingmachinecrawlerframestrengthbasedonANSYS李芳，曲庆文，孙记树，陈云华LIFang，QUQing．wen，SUNJi．shu，CHENYun—hua(山东理工大学机械工程学院，淄博255049)摘要：本文将参数化的思想引进到分析过程中，利用有限元软件ANSYS对履带式D9型液压钻机履带架进行了强度和刚度分析。参数化思想减少了系列产品有限元分析的工作量，缩短设计周期，提

2、高设计效率。获得了4种工况下履带架的应力应变分布云图，以及3种工况下履带架破裂失效的最小载荷。从而为地面履带式D9型液压钻孔机的整机设计提供数据支持。关键词：履带架；钻孔机；ANSYS；有限元分析中图分类号：TH114文献标识码：A文章编号：1009-0134(2014)04(下)一0081-04Ooi：10．3969／J．issn．1009-0134．2014．04(下)．210引言履带架是大型地面钻孔机的重要支撑部件，地面钻孔机是近年来最新研制的一种适用于本研究的目的是评估履带架在钻机处于各种极限矿山作业的履带式工程机械设备，主要用于在岩工况下的力学性能，验证履带架的使

3、用性能，进石、土壤中打孔，进行矿山的开采作业，工作条而为地面钻孔机的整机设计提供数据支持。件极其恶劣。1履带架结构建模及分析1．1几何模型履带架的材料为Q345D，其屈服强度0=345MPa，抗拉强度o为470MPa～630MPa，弹性模量E=2．06×10MPa，柏松比为0．3。钻机预期寿命最低8年或24000个工作小时。高速行走速度3．5km／h，低速行走速度1．8km／h。爬坡最大坡度为25。。图1钻孔机工作图对于疲劳载荷，AtlasCopco常采用安全系数1．3，而其他载荷安全系数为1．5。很多论文已对钻机大部分部位的设计和分析进根据D9液压钻机的特点初步确定履带架

4、尺寸行了研究，如定位和进给机构、控制系统、及三维结构图，其钢板焊接结构如图2所示。由此振动桩锤7j、深度检测仪隅]、钻头及其常见故障得到有限元分析模型如图3所示。的排除n州等设计分析都比较完善，而对于起支撑作用的底盘和履带架则只是比照其他机械如推土机来使用。履带架是钻孔机的重要支撑部件，所承受的整机自重和外加载荷，以集中载荷的方式通过与车架铰接部位传递到履带架，再以均布载荷的形式经过支重轮由履带板传到地面。因此，图2履带架三维装配图履带架应具备足够的强度和刚度。另外，恶劣的工作环境要求履带架的材料及结构具有良好的耐图3是简化后履带架的计算分析用几何模型，磨性和综合力学性能。

5、目前多采用有限元技术对简化后的模型底板划分诸多方块区域代表支重轮履带架进行分析设计及优化。安装位置以便施加边界条件。收稿日期：2013-12-10作者简介：李芳(1987一)，女，河北人，硕士研究生，研究方向为现代设计理论与方法。第36卷第4期2014—04(下)[811学兔兔www.xuetutu.coml訇似表1载荷状况数据表图3简化后的ANSYS几何模型建立如图4所示的坐标系，整机重力的方向设2网格划分及边界条件分析为载荷正方向。而辅助支撑部分斜向下的方向设2．1划分网格为载荷正方向。划分网格选择分析3D实体的SOLID45单元类型，划分方法采用自由网格划分，尺寸级别

6、为3级，网格产生90196个节点，376104个单元。进行单元形状检查，生成如图6所示的网格。图4坐标系1．2载荷分析履带架的受载状况如图5所示。其中，力F是整机重力，主要由中心支座承受，大小F1=mg=132435KN；F2是辅助支撑载荷，由后端支座承受，F与水平成45。夹角，不同工况下力F：的数值不同。图6生成的网格2．2边界条件1)工况1：前后支重轮支撑，故在履带架底板前后支重轮处施Snx、Y、Z方向全约束；图5履带架受力不意图2)工况2：前后支重轮支撑，故在履带架底板分析中按最不理想的工况进行分析，一般按前后支重轮区域面施加X、Y、Z方向全约束；以下方式确定载荷：3

7、)工况3：前后支重轮支撑，故在履带架底板1)与钻机重力相当的载荷F：确定为由前后前后支重轮处施加固定约束；支重轮承受；4)工况4：前后支重轮支撑，故在履带架底板2)在前后支重轮支撑的条件下，履带架辅助前后支重轮处施加固定约束。支座承受最大负载F作用；2．3施加载荷3)在前后支重轮支撑的条件下，履带架辅助1)工况1：与钻机重力相当的力F作用支座承受最小负载F：作用；于中心支座，故在支座下圆柱面轴承处施4)一条履带固定在地面，全部动力作用于另加面载荷。F=1TIg=132．435KN，受载面积一边，由前后支重轮支撑。S